Einrichtung zur selbsttätigen Dämpfung von Wasserschlägen in- Rohrleitungen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrich tung zur Dämpfung von Wasserschlägen. Dieselbe findet Anwendung zur Sicherung der Druckleitungen von Pumpen in Wasserwerkanlagen, Pumpanlagen und ähnlichen Anlagen, wo solche Druckleitungen bestehen und wo der Fall eintreten kann, dass bei Unterbrechung des Pumpprozesses durch Wasser schlag eine gefährliche Druckerhöhung eintreten könnte, durch welche die Rohrleitung, Pumpe sowie die übrigen Anlageteile bedroht wären.
Es sind bereits verschiedene Ausführungen sol cher Sicherungsvorrichtungen bekannt. Manche der selben arbeiten auf der Grundlage eines Zwangsver schlusses, welcher durch das von einer Pumpe ge lieferte öl und durch einen mit einem Zeitrelais verbundenen Niederspannungskreis gesteuert wird. Solche Einrichtungen bestehen aus einem mit einem Steuerorgan verbundenen Dämpfer, einem Leitorgan und einer Druckregelvorrichtung, welche vom elek trischen Stromkreis durch Steuerimpulse betätigt werden. Die Impulse kommen vom Klemmenbrett des Hauptmotors. Der Hauptmangel einer solchen Einrichtung beruht jedoch einerseits in ihrer Kom pliziertheit und anderseits im Umstand, dass die Einrichtung bei bestimmten, im elektrischen Strom kreis auftretenden Bedingungen nicht ganz verlässlich funktioniert.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur selbsttätigen Dämpfung von Wasserschlägen in Rohrleitungen, bei welcher die Verbindung eines von der Druckleitung abzweigenden Druckaus gleichsrohres durch ein Verschlussstück absperrbar ist, welches mit einem in einem Zylinder verschieb baren Steuerkolben verbunden ist, welcher einerseits von einer Feder in dem das Verschlussstück öffnen den Sinne und anderseits durch ein Steuermedium in dem das Verschlussstück schliessenden Sinne beauf- schlagt ist,
wobei das Steuermedium über eine im Zylinderraum mündende Zuführungsleitung von einer Druckkammer zugeleitet und vom Druck in der Druckleitung abhängig ist, und wobei ferner eine vom Zylinderraum ausgehende Rückflussleitung für das Steuermedium vorgesehen ist. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben auf seiner vom Steuermedium beauf- schlagten Seite mit einem Drosselkolben mit gegen den Steuerkolben hin abnehmender Querschnitts fläche verbunden ist, welcher in einer Verengung zwischen einem erweiterten Raum der Zuführungs leitung und dem Zylinderraum verschiebbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes ist in der Zeichnung veranschaulicht, wobei Fig. 1 einen Schnitt durch die Gesamtanordnung der Einrichtung und Fig. 2 Einzelheiten der Steuerung in einem grösse ren Massstab zeigt.
Die Einrichtung weist ein Gehäuse 1 mit An schlussstutzen 2 auf, in welchem Gehäuse sich das mit dem Steuerkolben 4 verbundene Verschlussstück 3 bewegt; ferner sind ein Zylinder 5 und eine Druck kammer 6 vorgesehen. Das Gehäuse 1 ist einerseits an die Druckleitung 7 über ein Absperrorgan 8, z. B. einen Schieber, angeschlossen. Ferner weist das Gehäuse 1 bzw. der Stutzen 2 einen Flansch 9 zum Anschluss des Druckausgleichsrohres 10 auf. Der Steuerkolben 4 ist als Differentialkolben mit einer grösseren wirksamen Fläche 11 und einer kleineren wirksamen Fläche 12 ausgebildet. Er weist einen Hohlraum auf, in welchem eine mit Hilfe einer Mut ter 14 einstellbare Feder 13 eingesetzt ist.
Der Kolben 4 verschiebt sich in dem Zylinderraum 15 des Zylin ders 5, in welchem ferner die Leitungen 16, 17 und 18 zur Verteilung des Steuermediums, z. B. Öl, vor gesehen sind. Durch die Leitung 16 wird das Drucköl der kleineren Fläche -12 des Kolbens 14 und durch die Leitung 17 seiner grösseren Fläche 11 zugeführt. Hierbei fliesst das Öl über ein Drosselventil 19, z. B. ein Nadelventil, und sodann in die Kammer 20, welche in ihrem unteren Teil zu einer Führung 21 verengt ist. In der Führung 21 und der Kammer 20 bewegt sich der mit Längsnuten 23 mit sich ver änderndem Querschnitt versehene Drosselkolben 22.
Der Kolben 22 ist fest verbunden mit dem Steuer kolben 4, und seine Nuten 23 weisen den grössten Querschnitt an der Verbindungsstelle und praktisch Nullquerschnitt am entgegengesetzten freien Ende auf. Die Nuten 23 dienen der Zufuhr des Drucköles aus der Kammer 20 in den Zylinderraum 15 über dem Steuerkolben 4. Die durch ein Rückschlagventil 24 abgesperrte Rückflussleitung 18 geht direkt vom Zylinderraum 15 aus und dient zur Abführung des Drucköles aus diesem Raum beim Öffnen des Ver- schlussstückes 3.
Der Zylinder 5 und seine Leitun gen 16, 17 und 18 sind über ein Rohr 25 mit der Druckkammer 6 verbunden, in deren Oberteil das Drucköl (oder ein anderes geeignetes Steuermedium, das leichter ist als Wasser und sich mit demselben nicht mischt) und in deren unterem Teil sich das aus der Druckleitung 7 durch ein Rohr 26 zuge führte Wasser befindet. Dieses Rohr 26 ist an die Druckleitung 7 hinter der Rückschlagklappe 27 in Durchflussrichtung angeschlossen. Beide Flüssigkeiten in der Druckkammer 6 arbeiten als Flüssigkeits kolben.
Der Kontakt zwischen Öl und Wasser kann dabei entweder direkt erfolgen, wie dies in der Zeichnung angedeutet ist, oder aber durch Vermitt lung einer Membran, eines Kolbens, Schwimmers oder dergleichen.
Die dargestellte Einrichtung arbeitet folgender massen: Bei einer plötzlichen Unterbrechung der Strö mung im Druckrohr 7, z. B. infolge Stromausfall oder mechanischer Beschädigung der Pumpe, sinkt in der Druckleitung 7 hinter der (nicht dargestellten) Pumpe der Druck. Dadurch entsteht eine sogenannte Depres sionswelle. Der Druckabfall überträgt sich durch das Rohr 26 in die Kammer 6 und von da in den Zylinder 5. Infolgedessen öffnet sich das Rück schlagventil 24, der Druck im Zylinderraum 15 sinkt, und die passend bemessene Feder 13 verstellt schnell den Kolben 4 in die obere Grenzlage und hebt da durch das Verschlussstück 3.
Das Öl über dem Kol ben 4 entweicht dabei durch die Rückflussleitung 18 und durch das Rohr 25 in die Kammer 6. Damit ist die Einrichtung zur Abführung der gefährlichen Druckwelle in das Druckausgleichsrohr 10 vor bereitet.
Beim nachfolgenden allmählichen Druckanstieg in der Leitung 7 steigt der Druck auch in der Kam mer 6 und in den Kanälen des Zylinders 5. Dadurch schliesst sich das Rückschlagventil 24, und Drucköl wird über das Drosselventil 19 durch den Kanal 17, die Kammer 20 und die Nuten 23 des Drosselkolbens 22 der grösseren Fläche 11 des Steuerkolbens 4 zu geführt. Gleichzeitig wirkt das Drucköl auch auf die kleinere Fläche 12 des Kolbens 4 ein und hilft so beim anfänglichen Druckanstieg, das Verschlussstück 3 in offener Lage zu halten.
Die Längsnuten 23 des Kolbens 22 weisen einen derart gewählten Quer schnittsverlauf auf, dass die Drosselung der Drucköl- zufuhr zunächst gering ist, was am unteren Ende des Drosselkolbens einen kleinen Querschnitt des Kol bens bzw. einen grossen Querschnitt der Nuten be dingt. In der zweiten Phase verstärkt sich die Dros selung nach und nach bis zu einem Maximum, so dass kurz vor Erreichen der Schliesslage des Ver- schlussstückes 3 durch den Minimalquerschnitt der Nuten 23 am freien Ende des Drosselkolbens 22 der Öldurchgang durch die Verengung 21 gesperrt wird.
Diese Ausführung bewirkt, dass das Verschlussstück 3 zunächst schnell und mit konstanter Geschwindigkeit schliesst und in der zweiten Phase die Schliess geschwindigkeit allmählich asymptotisch gegen Null absinkt.
Es lassen sich daher in passender Weise die Schliessbedingungen durch geeignete Wahl des Quer- schnittsverlaufes der Nuten 23 bzw. des Kolbens 22 ändern. Durch die beschriebene Einrichtung wird die gewünschte Wirkung erzielt, das heisst eine voll kommene Abdämpfung des Wasserschlages und Be seitigung der aus dem erhöhten Druck bei plötz licher Unterbrechung des Pumpens entstehenden Gefahr. Dabei arbeitet die Einrichtung vollautoma tisch und unabhängig von jeglichen äusseren Hilfs- steuereinrichtungen.
Die Einrichtung kann auch so ausgeführt wer den, dass das Druckwasser aus der Druckleitung 7 in die Kammer 6 über einen Siphon, Absperrorgane, Filter oder dergleichen zugeführt wird, zwecks Siche rung gegen Entleerung der Kammer 6, gegen Ein dringen von Verunreinigungen aus der Druckleitung 7 usw. Auch lässt sich die Kammer 6 so anordnen, dass das Rohr 25 oder 26 bzw. beide Rohre weg fallen.
Die Feder 13 muss nicht notwendigerweise im Hohlraum des Kolbens 4 eingesetzt sein, sondern kann auch über demselben oder im Gehäuse 1 usw. vorgesehen sein. Auch der Steuerkolben 4 muss nicht so ausgeführt sein, wie in der Zeichnung dar gestellt, sondern er kann auch sonstwie in bekannter Weise ausgebildet sein, und anstelle eines Differen tialkolbens kann auch ein einfach wirkender Kolben vorgesehen werden. Desgleichen muss der mit dem Kolben 4 verbundene Drosselkolben 22 nicht unbe dingt Längsnuten aufweisen, sondern er kann z.
B. in passender Weise kegelstumpfförmig ausgeführt wer den, wobei die kleinere Grundfläche am Kolben 4 befestigt ist, oder der Kolben 22 kann auch eine andere Form mit geeignetem Querschnittsverlauf haben.
Durch die beschriebene Einrichtung wird ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik erzielt, indem ihre Anwendung die vollkommene und selbsttätige Abdämpfung des Wasserschlages ermöglicht. Die Einrichtung lässt sich für sämtliche zu pumpende Flüssigkeiten - selbst verunreinigte - und für sämtliche Längen, Durch messer und Drücke von Druckleitungen verwenden. Ausserdem erbringt die Einrichtung auch hohe Er sparnisse gegenüber den früheren Ausführungen, da dieselbe einfach ist und selbsttätig und ohne kompli zierte Ausrüstung arbeitet.
Device for the automatic damping of water hammer in pipelines The present invention relates to a device for damping water hammer. The same is used to secure the pressure lines of pumps in waterworks, pumping systems and similar systems, where such pressure lines exist and where the case may arise that if the pumping process is interrupted by water hammer, a dangerous pressure increase could occur, through which the pipeline, pump and the other parts of the plant would be threatened.
There are already known various designs of sol cher safety devices. Some of the same work on the basis of a Zwangsver circuit, which is controlled by the oil supplied by a pump and by a low-voltage circuit connected to a time relay. Such devices consist of a damper connected to a control element, a guide element and a pressure control device which are actuated by control pulses from the elec trical circuit. The pulses come from the terminal board of the main motor. The main shortcoming of such a device, however, is based on the one hand in its complexity and on the other hand in the fact that the device does not function completely reliably under certain conditions occurring in the electrical circuit.
The invention relates to a device for the automatic damping of water hammers in pipelines, in which the connection of a pressure equalizing pipe branching off from the pressure line can be shut off by a closure piece which is connected to a control piston displaceable in a cylinder, which is on the one hand by a spring in which the closure piece opens the senses and on the other hand is acted upon by a control medium in which the closure piece closes sense,
wherein the control medium is supplied from a pressure chamber via a feed line opening into the cylinder space and is dependent on the pressure in the pressure line, and a return flow line for the control medium is also provided from the cylinder space. The device according to the invention is characterized in that the control piston is connected on its side acted upon by the control medium to a throttle piston with a cross-sectional area decreasing towards the control piston, which is displaceable in a narrowing between an enlarged space of the supply line and the cylinder space.
An embodiment of the subject matter of the invention is illustrated in the drawing, FIG. 1 showing a section through the overall arrangement of the device and FIG. 2 showing details of the control in a larger scale.
The device has a housing 1 with connection piece 2, in which housing the locking piece 3 connected to the control piston 4 moves; Furthermore, a cylinder 5 and a pressure chamber 6 are provided. The housing 1 is on the one hand to the pressure line 7 via a shut-off device 8, for. B. a slide connected. Furthermore, the housing 1 or the connection piece 2 has a flange 9 for connecting the pressure equalization pipe 10. The control piston 4 is designed as a differential piston with a larger effective area 11 and a smaller effective area 12. It has a cavity in which an adjustable spring 13 with the aid of a courage ter 14 is used.
The piston 4 moves in the cylinder chamber 15 of the Zylin countries 5, in which the lines 16, 17 and 18 for the distribution of the control medium, for. B. Oil, are seen before. The pressure oil is fed through the line 16 to the smaller area -12 of the piston 14 and through the line 17 to its larger area 11. Here, the oil flows through a throttle valve 19, e.g. B. a needle valve, and then into the chamber 20, which is narrowed to a guide 21 in its lower part. The throttle piston 22, which is provided with longitudinal grooves 23 with a changing cross-section, moves in the guide 21 and the chamber 20.
The piston 22 is firmly connected to the control piston 4, and its grooves 23 have the largest cross-section at the connection point and practically zero cross-section at the opposite free end. The grooves 23 are used to supply the pressure oil from the chamber 20 into the cylinder space 15 via the control piston 4. The return line 18 blocked by a check valve 24 goes directly from the cylinder space 15 and serves to discharge the pressure oil from this space when the closure piece is opened 3.
The cylinder 5 and its lines 16, 17 and 18 are connected via a pipe 25 to the pressure chamber 6, in the upper part of which the pressure oil (or another suitable control medium that is lighter than water and does not mix with the same) and in the the lower part of the pressure line 7 through a pipe 26 supplied water is located. This pipe 26 is connected to the pressure line 7 behind the non-return valve 27 in the direction of flow. Both liquids in the pressure chamber 6 work as a liquid piston.
The contact between oil and water can either take place directly, as indicated in the drawing, or through mediation of a membrane, piston, float or the like.
The device shown works as follows: In the event of a sudden interruption of the flow in the pressure pipe 7, z. B. as a result of a power failure or mechanical damage to the pump, the pressure drops in the pressure line 7 behind the pump (not shown). This creates a so-called depression wave. The pressure drop is transmitted through the tube 26 into the chamber 6 and from there into the cylinder 5. As a result, the check valve 24 opens, the pressure in the cylinder chamber 15 drops, and the appropriately sized spring 13 quickly moves the piston 4 to the upper limit position and lifts through the locking piece 3.
The oil above the piston 4 escapes through the return line 18 and through the pipe 25 into the chamber 6. The device for discharging the dangerous pressure wave into the pressure equalization pipe 10 is thus prepared.
During the subsequent gradual increase in pressure in line 7, the pressure also rises in chamber 6 and in the channels of cylinder 5. This closes check valve 24, and pressure oil is passed through channel 17, chamber 20 and the grooves via throttle valve 19 23 of the throttle piston 22 of the larger area 11 of the control piston 4 is guided. At the same time, the pressurized oil also acts on the smaller surface 12 of the piston 4 and thus helps to keep the closure piece 3 in the open position during the initial pressure increase.
The longitudinal grooves 23 of the piston 22 have a cross-sectional profile selected in such a way that the throttling of the pressure oil supply is initially low, which at the lower end of the throttle piston causes a small cross-section of the piston or a large cross-section of the grooves. In the second phase, the throttling increases gradually up to a maximum, so that shortly before the closing position of the closing piece 3 is reached, the oil passage through the constriction 21 is blocked by the minimum cross-section of the grooves 23 at the free end of the throttle piston 22.
This embodiment has the effect that the closure piece 3 initially closes quickly and at a constant speed and, in the second phase, the closing speed gradually decreases asymptotically towards zero.
The closing conditions can therefore be changed in a suitable manner by a suitable choice of the cross-sectional profile of the grooves 23 or of the piston 22. The device described achieves the desired effect, that is, a complete dampening of the water hammer and removal of the risk arising from the increased pressure in the event of a sudden interruption in pumping. The device works fully automatically and independently of any external auxiliary control devices.
The device can also be designed in such a way that the pressurized water is fed from the pressure line 7 into the chamber 6 via a siphon, shut-off device, filter or the like, in order to safeguard against emptying of the chamber 6, against ingress of impurities from the pressure line 7 etc. The chamber 6 can also be arranged in such a way that the tube 25 or 26 or both tubes fall away.
The spring 13 does not necessarily have to be inserted in the cavity of the piston 4, but can also be provided above the same or in the housing 1 etc. The control piston 4 does not have to be designed as shown in the drawing, but it can also be otherwise designed in a known manner, and a single-acting piston can be provided instead of a differential piston. Likewise, the throttle piston 22 connected to the piston 4 must not necessarily have longitudinal grooves, but it can, for.
B. appropriately designed frustoconical who the, the smaller base is attached to the piston 4, or the piston 22 can also have another shape with a suitable cross-sectional shape.
With the device described, a significant advance over the previous state of the art is achieved in that its use enables the complete and automatic damping of the water hammer. The device can be used for all liquids to be pumped - even contaminated ones - and for all lengths, diameters and pressures of pressure lines. In addition, the device also generates high savings compared to the previous versions, since the same is simple and works automatically and without any complicated equipment.